En el cronometraje preciso , Δ T ( Delta T , delta- T , delta T o D T ) es una medida del efecto acumulativo de la desviación del período de rotación de la Tierra del día de duración fija del Tiempo Atómico Internacional (86.400 segundos). Formalmente, Δ T es la diferencia horaria Δ T = TT − UT entre el Tiempo Universal (UT, definido por la rotación de la Tierra) y el Tiempo Terrestre (TT, independiente de la rotación de la Tierra). El valor de ΔT para el inicio de 1902 era aproximadamente cero; para 2002 era de unos 64 segundos. Por lo tanto, las rotaciones de la Tierra durante ese siglo tardaron unos 64 segundos más de lo que se requeriría para los días del tiempo atómico. Además de esta deriva a largo plazo en la duración del día, existen fluctuaciones a corto plazo en la duración del día ( Δ τ ) que se tratan por separado.
Desde principios de 2017, la duración del día ha estado muy cerca del valor convencional y ΔT se ha mantenido dentro de medio segundo de 69 segundos. [3] [4]
La velocidad de rotación de la Tierra es ν = 1/2π dθ/es , y un día corresponde a un período P = 1/a . Una aceleración rotacional dν/es da una tasa de cambio del período de DP/es = − 1/el 2 dν/es , que normalmente se expresa como α = ν DP/es = − 1/a dν/es . Esto tiene dimensión de tiempo recíproco y se informa comúnmente en unidades de milisegundos por día por siglo, simbolizado como ms/día/cy (entendido como (ms/día)/cy). La integración de α da una expresión para Δ T en función del tiempo.
El Tiempo Universal es una escala de tiempo basada en la rotación de la Tierra , que es algo irregular en períodos cortos (días hasta un siglo), por lo que cualquier tiempo basado en él no puede tener una precisión mejor que 1 en 10 8 . Sin embargo, se ha observado un efecto mayor y más consistente durante muchos siglos: la velocidad de rotación de la Tierra se está desacelerando inexorablemente . Este cambio observado en la velocidad de rotación es atribuible a dos fuerzas principales, una que disminuye y otra que aumenta la velocidad de rotación de la Tierra. A largo plazo, la fuerza dominante es la fricción de las mareas , que está desacelerando la velocidad de rotación, contribuyendo aproximadamente a = +2,3 ms/día/año o DP/es = +2,3 ms/cy, que es igual al cambio fraccionario muy pequeño+7,3 × 10 −13 día/día. Se cree que la fuerza más importante que actúa en la dirección opuesta, para acelerar la velocidad, es el resultado del derretimiento de las capas de hielo continentales al final del último período glacial . Esto eliminó su tremendo peso, lo que permitió que la tierra debajo de ellas comenzara a rebotar hacia arriba en las regiones polares, un efecto que todavía se está produciendo hoy y continuará hasta que se alcance el equilibrio isostático. Este " rebote posglacial " acerca la masa al eje de rotación de la Tierra, lo que hace que la Tierra gire más rápido, de acuerdo con la ley de conservación del momento angular , similar a un patinador sobre hielo que tira de sus brazos para girar más rápido. Los modelos estiman que este efecto contribuye aproximadamente a −0,6 ms/día/año. Combinando estos dos efectos, la aceleración neta (en realidad una desaceleración) de la rotación de la Tierra, o el cambio en la duración del día solar medio (LOD), es de +1,7 ms/día/año o +62 s/año 2 o +46,5 ns/día 2 . Esto coincide con la tasa promedio derivada de los registros astronómicos de los últimos 27 siglos. [5] [6] [7]
El Tiempo Terrestre es una escala de tiempo uniforme teórica, definida para proporcionar continuidad con el antiguo Tiempo de Efemérides (ET). ET fue una variable temporal independiente, propuesta (y su adopción acordada) en el período 1948-1952 [8] con la intención de formar una escala de tiempo gravitacionalmente uniforme en la medida en que fuera factible en ese momento, y dependiendo para su definición de las Tablas del Sol de Simon Newcomb (1895), interpretadas de una nueva manera para dar cabida a ciertas discrepancias observadas. [9] Las tablas de Newcomb formaron la base de todas las efemérides astronómicas del Sol desde 1900 hasta 1983: se expresaron originalmente (y publicaron) en términos de la Hora Media de Greenwich y el día solar medio, [10] [11] pero más tarde, con respecto al período 1960-1983, se trataron como expresadas en términos de ET, [12] de acuerdo con la propuesta de ET adoptada de 1948-52. A su vez, la ET puede verse ahora (a la luz de los resultados modernos) [13] como cercana al tiempo solar medio promedio entre 1750 y 1890 (centrado en 1820), porque ese fue el período durante el cual se realizaron las observaciones en las que se basaron las tablas de Newcomb. Si bien la TT es estrictamente uniforme (al estar basada en el segundo del SI , cada segundo es igual a cualquier otro segundo), en la práctica se realiza mediante el Tiempo Atómico Internacional (TAI) con una precisión de aproximadamente 1 parte en 10 14 .
La velocidad de rotación de la Tierra debe integrarse para obtener el tiempo, que es la posición angular de la Tierra (específicamente, la orientación del meridiano de Greenwich en relación con el sol medio ficticio ). Integrando +1,7 ms/d/cy y centrando la parábola resultante en el año 1820 se obtiene (en una primera aproximación) 32 × ( Año − 1820/100 )2
- 20 segundos para Δ T . [14] [15] Las mediciones históricas suavizadas de Δ T usando eclipses solares totales son de aproximadamente +17190 s en el año −500 (501 a. C. ), +10580 s en 0 (1 a. C.), +5710 s en 500, +1570 s en 1000 y +200 s en 1500. Después de la invención del telescopio, las mediciones se realizaron observando ocultaciones de estrellas por la Luna , lo que permitió la derivación de valores más espaciados y más precisos para Δ T . Δ T continuó disminuyendo hasta alcanzar una meseta de +11 ± 6 s entre 1680 y 1866. Durante aproximadamente tres décadas inmediatamente antes de 1902 fue negativo, alcanzando −6,64 s. Luego aumentó a +63,83 s en enero de 2000 y +68,97 s en enero de 2018 [16] y +69,361 s en enero de 2020, después de incluso una ligera disminución de 69,358 s en julio de 2019 a 69,338 s en septiembre y octubre de 2019 y un nuevo aumento en noviembre y diciembre de 2019. Esto requerirá la adición de un número cada vez mayor de segundos intercalares a UTC siempre que UTC siga a UT1 con ajustes de un segundo. (El segundo SI como se usa ahora para UTC, cuando se adoptó, ya era un poco más corto que el valor actual del segundo del tiempo solar medio. [17] [18] ) Físicamente, el meridiano de Greenwich en Tiempo Universal está casi siempre al este del meridiano en Tiempo Terrestre, tanto en el pasado como en el futuro. +17190 s o aproximadamente 4+3 ⁄ 4 h corresponde a 71,625°E. Esto significa que en el año −500 (501 a. C. ), la rotación más rápida de la Tierra provocaría un eclipse solar total a 71,625° al este de la ubicación calculada utilizando la TT uniforme.
Todos los valores de Δ T anteriores a 1955 dependen de observaciones de la Luna, ya sea por eclipses u ocultaciones. El momento angular perdido por la Tierra debido a la fricción inducida por el efecto de marea de la Luna se transfiere a la Luna, aumentando su momento angular, lo que significa que su brazo de momento (aproximadamente su distancia a la Tierra, es decir, precisamente el semieje mayor de la órbita de la Luna) aumenta (por el momento unos +3,8 cm/año), lo que a través de las leyes de Kepler del movimiento planetario hace que la Luna gire alrededor de la Tierra a un ritmo más lento. Los valores citados de Δ T suponen que la aceleración lunar (en realidad una desaceleración, es decir, una aceleración negativa) debida a este efecto es y/es = −26″/cy 2 , donde n es el movimiento angular sideral medio de la Luna. Esto está cerca de la mejor estimación para y/es a partir de 2002 de −25,858 ± 0,003″/cy 2 , [19] por lo que no es necesario recalcular Δ T dadas las incertidumbres y el suavizado aplicado a sus valores actuales. Hoy en día, UT es la orientación observada de la Tierra relativa a un marco de referencia inercial formado por fuentes de radio extragalácticas, modificada por una relación adoptada entre el tiempo sideral y el tiempo solar. Su medición por varios observatorios está coordinada por el Servicio Internacional de Rotación de la Tierra y Sistemas de Referencia (IERS).
Recordemos que Δ T = TT − UT1 por definición. Si bien TT es solo teórico, se suele calcular como TAI + 32,184 segundos, donde TAI es UTC más los segundos intercalares actuales, por lo que Δ T = UTC − UT1 + (segundos intercalares) + 32,184 s .
Esto se puede reescribir como Δ T = (segundos intercalares) + 32,184 s − DUT1 , donde DUT1 es UT1 − UTC. El valor de DUT1 se envía en el Boletín semanal A del IERS , así como en varios servicios de señales horarias y, por extensión, sirve como fuente del Δ T actual .
Las tasas de desaceleración de las mareas han variado a lo largo de la historia del sistema Tierra-Luna. El análisis de las capas de conchas fósiles de moluscos de hace 70 millones de años, en el período Cretácico Superior , muestra que había 372 días al año y, por lo tanto, que el día tenía unas 23,5 horas de duración en ese entonces. [20] [21] Según estudios geológicos de ritmitas de marea , el día tenía una duración de 21,9 ± 0,4 horas hace 620 millones de años y había 13,1 ± 0,1 meses sinódicos/año y 400 ± 7 días solares/año. La tasa media de recesión de la Luna entre entonces y ahora ha sido de 2,17 ± 0,31 cm/año, que es aproximadamente la mitad de la tasa actual. La alta tasa actual puede deberse a una casi resonancia entre las frecuencias naturales del océano y las frecuencias de las mareas. [22]